2015年高考物理 易错点点睛与高考突破 专题05 动量和能量（含解析）.doc

‎2015年高考物理 易错点点睛与高考突破 专题05 动量和能量（含解析）‎ ‎【2015高考考纲解读】‎ 本部分是力与运动单元的拓展和深化，力与运动单元侧重于从动力学角度分析匀变速运动过程或某一瞬时状态，而本单元则从能量观点分析物理问题，且研究范围从直线运动、特殊动量与能量(平抛运动和匀速圆周运动)拓展到一般动量与能量，从匀变速运动拓展到非匀变速运动．包括功和功率、动能定理、机械能守恒定律及能量守恒定律等高中物理主干内容．本单元知识与平抛运动、圆周运动、电磁感应等考点综合，以“选择题”、“计算题”的形式考查，是近年来课标高考命题的重点和热点之一．功、功率与动能定理专题包括功和功率的概念、功和功率图象、各种求功的方法、机车功率问题及动能定理，其中动能定理是高考考查的重点和难点．能量转化和守恒定律专题包括各种功能关系、机械能转化和守恒定律及能量转化和守恒定律．重力的功和重力势能、弹力的功和弹性势能等功能关系及用功能关系研究实际问题是高考热点．能的转化和守恒定律是分析、解决一般问题的重要方法，机械能守恒定律和能量守恒定律更是本单元的主干知识和重要规律，本单元知识密切联系生产和生活实际及现代科学技术，常与牛顿运动定律、动量与能量、电磁学问题综合考查．动量守恒定律的应用是广东高考必考的内容，近两年高考出现在最后两道压轴题中的某一试题之中，常与牛顿运动定律及能量守恒定律(含动能定理及机械能守恒定律)等知识结合起来运用．‎ 力学综合专题包括运动学规律、牛顿运动定律与能量守恒定律(含动能定理及机械能守恒定律)的结合，及碰撞中的动量守恒与能量转化问题的结合．物体在实际运动所涉及的物理过程常常较为复杂，对学生的能力要求较高，因此这类问题难度较大，是高考选拔考试中用来甄别优劣的必不可少的试题．‎ ‎1．以生活和生产实际应用为背景考查功和功率的概念(或机车启动问题)，题型为选择题；‎ ‎2．以体育竞技项目或实际生活为背景考查功能关系(含能量转化或守恒定律)，题型为计算题或选择题；‎ ‎3．以两物体相互作用为背景考查动量守恒定律、能量守恒定律(含动能定律及机械能守恒定律)以及抛体运动、圆周运动等知识；‎ ‎4．与电场、磁场联系的综合问题，以能量守恒为核心考点考查重力、摩擦力、静电力、磁场力的做功特点，以及动能定理、机械能守恒定律和能量守恒定律的应用，题型一般为计算题或选择题．‎ ‎【难点突破】‎ 难点一　功率及机车的启动问题 机车启动有两种方式：(1)以恒定功率的启动．由于P恒定，随着v的增大，由P＝Fv可知F必将减小，由a＝可知a必将减小，汽车做加速度减小的加速运动，直到F大小等于阻力f，此时加速度a为零，速度达到最大值vm＝.‎ ‎(2)以恒定加速度启动．即最初加速度a恒定，牵引力F恒定，随着v的增大，P也将不断增大，直到P达到额定功率Pm，此时匀加速运动结束，速度为，此后若要汽车继续加速就只能让它以额定功率行驶，直到速度达到最大．‎ 例1 、节能混合动力车是一种可以利用汽油及所储存电能作为动力来源的汽车．有一质量m＝1 000 kg的混合动力轿车，在平直公路上以v1＝90 km/h匀速行驶，发动机的输出功率为P＝50 kW，当驾驶员看到前方有80 km/h的限速标志时，保持发动机功率不变，立即启动利用电磁阻尼带动的发电机工作给电池充电，使轿车做减速运动，运动L＝72 m后，速度变为v2＝72‎ - 25 -‎ ‎ km/h.此过程中发动机功率的用于轿车的牵引，用于供给发电机工作，发动机输送给发电机的能量最后有50%转化为电池的电能．假设轿车在上述运动过程中所受阻力保持不变．求：‎ ‎(1)轿车以90 km/h在平直公路上匀速行驶时，所受阻力F阻的大小；‎ ‎(2)轿车从90 km/h减速到72 km/h过程中，获得的电能E电 ‎(3)轿车仅用其在上述减速过程中获得的电能E电维例1　(1)2×103 N　(2)6.3×104 J　(3)31.5 m 难点二　动能定理在多过程中的应用 物体在多过程中运动时，应用动能定理解题的思路：‎ ‎1．确定对象，分析物体的各个运动过程；‎ ‎2．分析每一个过程中物体的受力情况，列出各个力在各过程中做功的表达式；‎ ‎3．对每一个过程运用动能定理列方程(或对全过程运用动能定理列方程)．‎ 例2．冰壶比赛是在水平冰面上进行的体育项目，比赛场地示意如图2－5－1所示．比赛时，运动员从起滑架处推着冰壶出发，在投掷线AB处放手让冰壶以一定的速度滑出，使冰壶的停止位置尽量靠近圆心O.为使冰壶滑行得更远，运动员可以用毛刷擦冰壶运行前方的冰面，使冰壶与冰面间的动摩擦因数减小．设冰壶与冰面间的动摩擦因数为μ1＝0.008，用毛刷擦冰面后动摩擦因数减少至μ2＝0.004.在某次比赛中，运动员使冰壶C在投掷线中点处以2 m/s的速度沿虚线滑出．为使冰壶C能够沿虚线恰好到达圆心O点，运动员用毛刷擦冰面的长度应为多少？(g取10 m/s2)‎ - 25 -‎ ‎【点评】 应用动能定理解答多过程的运动问题时，需要准确分析物体在每一过程的受力情况和运动情况，明确各阶段运动的联系和能量变化情况．‎ 难点三　动能定理在系统中的应用 ‎1．动能定理既适用于做直线运动的物体，也适用于做动量与能量的物体．‎ ‎2．动能定理既适用于恒力做功，也适用于变力做功；力既可以同时作用，也可以分段作用；力可以是各种性质的力．‎ ‎3．如果在某个运动过程中包含有几个不同运动性质的阶段(如加速、减速阶段)，可以分段应用动能定理，也可以对全程应用动能定理，一般对全程列式更简单．‎ ‎4．因为动能定理中功和动能均与参考系的选取有关，所以动能定理也与参考系的选取有关．在中学物理中一般取地面为参考系．‎ ‎5．动能定理建立的是外力做的总功和物体动能变化之间的一个双向关系：既可以由总功求物体动能的变化，又可以由动能的变化求总功．它是求解变力做功的有效方法．‎ ‎6．动能定理通常适用于单个物体或可看成单个物体的系统．如果涉及系统，因为要考虑内力做的功，所以要十分慎重．在中学阶段可以先分别对系统内每一个物体应用动能定理，然后再联立求解．‎ 例3.如图2－5－3所示，质量为m的物体A以速度v0在平台上运动，滑到与平台等高、质量为M的静止小车B上．小车B在光滑水平地面上，物体A与B之间的动摩擦因数为μ.不计A的体积，为使A在小车B上不致滑出，试问小车B的长度L至少为多少？‎ - 25 -‎ ‎【点评】 动能定理在系统中运用时，既可以单独对每一个物体运用动能定理，又可以对系统运用动能定理．通常系统内物体的速率相同时，可以对系统运用动能定理；当系统内物体的速率不相同时，只能对单个物体运用动能定理．‎ ‎【易错点点睛】‎ 易错点1 功、功率、动能、动能定理 ‎ ‎1．如图5—1所示，小物块位于光滑的斜面体上，斜面体位于光滑的水平地面上，从地面上看，在小物块沿斜面下滑的过程中，斜面对小物块的作用力 ( )‎ A.垂直于接触面，做功为零 B．垂直于接触面，做功不为零 C.不垂直于接触面，做功为零 D．不垂直于接触面，做功不为零 - 25 -‎ ‎2．竖直上抛一球，球又落回原处，已知空气阻力的大小正比于球的速度．则下列说法中正确的是( ) ‎ A.上升过程中克服重力做的功大于下降过程中重力做的功 ‎ B.上升过程中克服重力做的功等于下降过程中重力做的功 ‎ C.上升过程中克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力做功的平均功率 ‎ D.上升过程中克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力做功的平均功率 ‎3．一质量为m的小球，用长为L的轻绳悬挂于O点．若小球在水平拉力F作用下，从平衡位置P点很缓慢地移动到Q点，如图5—2所示，则力F做的功为 ( )‎ ‎ A.mgLcosθ B．mgL(1—cosθ)‎ ‎ C FLsinθ D．FLθ - 25 -‎ ‎4．如图5—3所示，在匀加速向左运动的车箱内，一个人用力向前推车箱，若人与车始终保持相对静止，则以下结论中哪个是正确的( )‎ A.人对车厢做正功 B．车箱对人做正功 ‎ C．人对车箱不做功 D．条件不足，无法确定 ‎5．如图5-4所示，一块长木板B放在光滑水平地面上，在B上放一个木块A，现以恒定的水平力F拉且由于A、B间摩擦力的作用，A将在B上滑动，以地面为参照物，A、B都向前移动一段距离，在此过程中 ( )‎ A.外力9做的功等于系统动能增量 B.对A的摩擦力所做的功等于A的动能增量 ‎ C.A对B的摩擦力所做的功等于B对A的摩擦力所做的功 ‎ D．外力F对B所做的功等于O的动能的增量与B克服摩擦力所做功之和 - 25 -‎ ‎6．如图5—5所示，在水平桌面的边角处有一轻质光滑的定滑轮K，一条不可伸长的轻绳绕过K分别与物块A、g相连，A、B的质量分别为mA、mB开始时系统处于静止状态．现用一水平恒力9拉物块A，使物块B上升．已知当B上升距离为h时，B的速度为v．求此过程中物块A克服摩擦力所做的功．重力加速度为g.‎ ‎【特别提醒】‎ 解决本类型的题目要注意以下三点：‎ ‎(1)恒力做功一般用公式直接求，有时也根据功和能的关系求；变力做功一般只能根据功和能的关系求．‎ - 25 -‎ ‎(2)平均功率的定义：即时功率:(θ为9与y方向的夹角)，注意式中v是即时速度，若。是平均速度，则求出的功率仍是平均功率．‎ ‎(3)动能定理是反映做功与动能改变的关系的公式．应用动能定理应注意：①明确研究对象，认真分析过程．研究对象往往是单个物体，如果是系统要注意考虑内力做功．②分析研究对象的受力情况，弄清哪些外力做功，是做正功还是负功．③确定物体运动过程初态和终态的动能．‎ 易错点2 冲量、动量、动量定理 ‎ ‎1．质量为m的钢球自高处落下，以速率。v1碰地，竖直向上弹回，碰撞时间极短，离地的速率为v2在碰撞过程中，地面对钢球的冲量的方向和大小为 ( )‎ A.向下，m(v1-v2) B．向下，m(v1+v2)‎ C.向上，m(v1-v2) D．向上，m(v1+v2)‎ ‎ 2．物体A和B用轻绳相连挂在轻弹簧下静止不动，如图5—6甲所示．A的质量为m，B的质量为M．当连接A、B的绳突然断开后，物体A上升经某一位置时的速度大小为v，这时物体B的下落速度大小为“，如图5—6乙所示．在这段时间里，弹簧的弹力对物体A的冲量为 ( )‎ ‎ A．mv B．mv-Mu ‎ C. mv+Mu D．mv+mu - 25 -‎ ‎3．一粒钢珠从静止状态开始自由下落，然后陷入泥潭中．若把在空中下落的过程称为过程I，进入泥潭直到停住的过程称为过程Ⅱ，则( )‎ ‎ A.过程I中钢珠动量的改变量等于重力的冲量 ‎ B．过程Ⅱ中阻力的冲量的大小等于过程I中重力冲量的大小 ‎ C.过程Ⅱ中钢珠克服阻力所做的功等于过程I与过程Ⅱ中钢珠所减少的重力势能之和 ‎ D．过程Ⅱ中损失的机械能等于过程I中钢珠所增加的动能 易错点3 机械能守恒定律 ‎ ‎1．如图5—7所示，下列四个选项中，木块均在固定的斜面上运动，其中图A、B、C中的斜面是光滑的，图D中的斜面是粗糙的，图A、B中的F为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图A、B、D中的木块向下运动，图C中的木块向上运动，在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是 ( ) ‎ ‎2．如图5—8所示，长度相同的三根轻杆构成一个正三角形支架，在A处固定质量为2m的小球，B处固定质量为m的小球，支架悬挂在O点，可绕过O点并与支架所在平面相垂直的固定轴转动，开始时OB与地面相垂直，放手后开始运动，在不计任何阻力的情况下，下列说法正确的是 ( )‎ - 25 -‎ ‎ A.球到达最低点时速度为零 ‎ B.A球机械能减少量等于月球机械能增加量 ‎ C.月球向左摆动所能达到的最高位置应高于A球开始运动时的高度 ‎ D.当支架从左向右回摆动时，A球一定能回到起始高度 ‎【错误解答】A ‎【易错点点睛】不能灵活运用机械能守恒定律解决问题．‎ ‎【正确解答】BCD 三角形框架在左右摆动过程中，只有小球受的重力做功，故系统机械能守恒． A球到 ‎3．AB是竖直平面内的四分之一圆弧轨道，在下端B与水平直轨道相切，如图5—9所示．一小球自A点起由静止开始沿轨道下滑．已知圆轨道半径为R，小球的质量为m，不计各处摩擦．求 ‎ (1)小球运动到B点时的动能 ‎ (2)小球下滑到距水平轨道的高度为R时的速度大小和方向 ‎ ‎(3)小球经过圆弧轨道的B点和水平轨道的C点时，所受轨道支持力NB、NC各是多大? ‎ - 25 -‎ ‎【特别提醒】机械能守恒定律的应用一是根据机械能守恒条件恰当选择系统，恰当选择过程；二是机械能守恒定律的三种表达形式和用法：(1)Ek+Ep=K′P表示系统初状态机械能与末状态机械能相等．运用这种形式表达式时，应选好重力势能的零势面，且初、末状态必须用同一零势面计算势能．(2)△Ek=△Ep，表示系统(或物体)减少(或增加)重力势能等于系统(或物体)增加(或减少)励能；因重力势能的差值与零势面的选择无关，故不需要选零势面．(3)△EAOA增=△EB减，表示若系统由A、B两部分组成，则A部分机械能的增加量与B部分机械能的减少量相象同样不需要选零势面．以上三种表达式均为标量式，且以第二种表达形式应用最多．注意有时候不一定清楚重力势能(或动能)是增加还是减少了，没关系，减少量就用初状态的值减末状态的值，增力口量就用末状态的值减初状态的值．‎ 易错点4 动量守恒定律 ‎1．把一支枪水平固定在小车上，小车放在光滑的水平地面上，枪沿水平方向发射一颗子弹时，关于枪、弹、车，下列说法正确的是 ( )‎ A.枪和弹组成的系统动量守恒 B．枪和车组成的系统动量守恒 C．三者组成的系统；因为枪弹和枪筒之间的摩擦力很小，使系统的动量变化很小，可以忽略不计，故系统动量近似守恒 D．三者组成的系统动量守恒，因为系统只受重力和地面支持力这两个外力作用，这两个外力的合力为零 - 25 -‎ ‎2．如图5—10所示，光滑水平面上有大小相同的A、B两球在同一直线上运动．两球质量关系为mB=2mA，规定向右为正方向，A、B两球的动量均为6ks·m/s，运动中两球发生碰撞，碰撞后A球的动量增量为-4ks·m/s，则 ( )‎ A．左方是A球，碰撞后A、B两球速度大小之比为2：5‎ ‎ B．左方是A球，碰撞后A、B两球速度大小之比为1：10‎ ‎ C．右方是A球，碰撞后A、B两球速度大小之比为2：5‎ ‎ D.右方是A球，碰撞后A、B两球速度大小之比为1：10‎ 求出A球的末动量为2kg·m/s．由碰撞过程动量守恒求出召球碰后的动量为10kg·m/s，碰撞后A、B两球速度大小之比为2：5．因B球动量增加了，故B球为被碰小球，所以左方是A球．故选项A正确． ‎ ‎3.质量M=500kg的小车，上面站着一个质量为70ks的人，车以v0=lm/s的速度在光滑 水平面上前进，如图 5—11所示，当人相对于车以v=2m/s向后水平跳出，问人跳车后，车速为多少?‎ ‎【特别提醒】应用动量守恒定律解题时，首先要恰当地选择系统和恰当地选择过程，其次分别用下列三个条件判断系统动量是否守恒：(1)系统不受外力作用或系统所受合外力为零；(2)极短时间内内力远远大于外力(如碰撞、爆炸等)；(3)虽然系统所受外力不等于零，但在某一方向上合外力为零，则在这一方向上动量守恒．最后应用动量守恒定律列式时要注意以下三点：(1)动量的矢量性；(2)所有的动量应相对于同一惯性参照物；(3)相互作用前系统的动量应是同一时刻的，相互作用后系统的动量也应是同一时刻的．‎ 易错点5 动量和能量综合应用题 ‎ ‎1．在光滑水平面上，动能为E0、动量的大小为P0。的小钢球1与静止小钢球2发生碰撞，碰撞前后球1的运动方向相反．将碰撞后球1的动能和动量的大小分别记为E1、P1，球2的动能和动量的大小分别记为E2、P2，则必有 ( )‎ - 25 -‎ ‎ A．E1P0‎ PlW2 B．W1h,每次从小球接触物块至物块撞击L形挡板历时均为Δt,则小球由D点出发经多长时间第三次通过B点?‎ - 25 -‎ ‎ ‎ - 25 -‎